腐蝕是材料在各種環境作用下發生損壞的一種形式，其遍及國民經濟各部門，給國民經濟帶來了巨大損失。因此進行腐蝕失效分析工作，提出合理的防護對策，對實際生產具有很大的意義。

01 腐蝕失效分析的意義

當材料性能不能滿足服役（或制造、試車和貯運）時的力學、化學和熱學等外界條件時，就會發生失效。對于石油行業中廣泛使用的金屬結構材料，腐蝕是主要的失效方式之一。因此，腐蝕失效分析的目的不僅在于對腐蝕失效性質的判斷和腐蝕失效原因的確認，而且要積極尋找預防重復腐蝕失效的有效途徑，防止重大失效事故的發生，確保設備或裝置安全運行。同時腐蝕失效分析也可為技術開發和技術改造等提供信息、方向、途徑和方法，是進行宏觀經濟和技術決策的重要科學信息來源。

02 腐蝕失效分析步驟與方法

2.1 現場調查

保護腐蝕失效現場的一切證據，是保證腐蝕失效分析得以順利有效地進行的先決條件。要對腐蝕失效現場進行取證，并聽取相關設備負責人、操作者等介紹情況，了解服役條件，收集相關的背景信息（如介質種類、溫度、壓力以及設備或管線的材質等，并且收取適量的腐蝕產物）。在觀察和記錄時可用攝影、錄像、錄音和繪圖及文字描述等方式進行，應注意觀察和記錄的項目主要有：

（1） 失效設備的名稱、尺寸、形狀、材料牌號、制造廠家及全部的制造工藝歷史（了解冶煉、鑄造、加工、熱處理及裝配等情況）、投入運行日期、運行記錄、維修記錄、工藝流程及操作規程等。

（2） 失效設備或部件的結構和制造特征以及失效部件和碎片的腐蝕外觀，如附著物和腐蝕生成物的收集以及一切可疑的雜物和痕跡的觀察等。另外，當肉眼無法直接觀察到腐蝕特征時，還可以采用探傷和現場金相觀察等手段進一步對腐蝕情況進行詳細地了解和觀察。

（3） 腐蝕失效設備或管線的服役條件及服役歷史（介質環境、溫度、壓力和以前相關的監測情況），應特別注意環境細節和異常工況，如突發超載、溫度變化、壓力和偶然與強腐蝕介質的接觸等。如有必要可以選取合適的介質進行實驗室分析。

（4） 聽取操作人員及佐證人介紹發現腐蝕失效的情況及其相應的處理方法。

（5） 收集同類或相似部件過去曾發生過的腐蝕失效情況。

2.2 實驗室分析

只有在極少數的情況下，通過現場和背景材料的分析能得出腐蝕失效的原因。大多數失效案例都需根據現場取證和背景材料的綜合分析結果來進一步制定實驗室的腐蝕失效分析計劃，確定進一步腐蝕失效分析試驗的目的、內容、方法和實施方式。失效部件和殘留物上具有說服力的物證是十分有限的，因此試驗前，須對試驗項目和順序、取樣部位、取樣方法及試樣數量等均應全面考慮，合理地確定切取試樣的位置、尺寸、數量和取樣方法。通常采用的分析手段有下列各項：

（1） 宏觀觀察：主要是憑借肉眼或其他簡單儀器，檢查腐蝕失效部件表面是否光滑、有無裂痕、有無腐蝕和腐蝕產物，記錄其大小、顏色形態和分布情況等。這種方法簡便、直觀，可以簡單確定腐蝕的類型。對于肉眼不能直接看到的設備或管道內部表面，可采用內窺鏡技術或者局部破壞等方式加以檢查。

（2） 微觀組織分析：主要是用金相顯微鏡、電子顯微鏡觀察腐蝕失效部件的顯微組織，分析組織對性能的影響，檢查鑄、鍛、焊和熱處理等工藝是否恰當，從而由材料的內在因素分析導致發生腐蝕失效的原因。

（3） 化學成分分析：主要是采用光譜法等測定腐蝕部件的材料是否符合技術要求，有無用錯材料或出現成分偏差，必要時可進行微量元素分析或微區成分分析。

（4） 腐蝕形貌觀察：腐蝕形貌真實地反映了材料被腐蝕的全過程，通過對材料腐蝕表面形貌的觀察，可以進一步詳細了解腐蝕過程，推測材料表面腐蝕特征的形成過程。因此對于腐蝕失效零部件，腐蝕形貌分析是最重要的一環。通過腐蝕形貌分析，不僅可以得到有關零部件使用條件和腐蝕失效特點的信息，還可以了解腐蝕失效點附近的性質和狀況，確定腐蝕的性質和形式，從而找出腐蝕失效的主要原因。

腐蝕形貌分析先用肉眼或低倍實體顯微鏡和立體顯微鏡從各個角度來觀察腐蝕表面的特征，并利用其中所帶的網格粗略估計腐蝕表面蝕點或蝕坑等的大小，然后用電子顯微鏡（特別是掃描電鏡）對有代表性的部位進行深入觀察，以了解腐蝕表面的微觀特征，同時可以利用電鏡附帶的X射線能譜儀或譜分析（EDX）功能對材料表面進行微區微量元素定性和定量分析，并進行元素點分布和面分布分析。

（5） 腐蝕產物分析：表面形貌觀察還要配合相應的腐蝕產物分析結果，才能更有效地分析出材料失效的原因。對于腐蝕產物的分析，可以采用化學灼燒法、X射線衍射儀或俄歇電子能譜（AES）及光電子能譜（XPS）進行元素或化合物分析。

（6） 介質分析：對現場取得的失效零部件的環境介質（如水樣或油樣）進行化學分析。

（7） 其他檢測項目：在必要時可以進行某些項目的力學性能試驗，包括材料的硬度試驗以及拉伸或彎曲試驗，以校驗該零部件的力學性能是否符合技術要求。另可用X射線衍射儀進行定性（如σ相）或定量（如殘余奧氏體含量）分析，對受力復雜的零部件進行應力分析等。

（8） 模擬試驗：重大的腐蝕失效分析項目，在初步確定失效原因后，還應及時進行重現性試驗（模擬試驗），以驗證初步結論的可靠性。利用介質分析和材料化學成分分析的結果，在實驗室內配置成分相同的腐蝕介質，并選用和腐蝕失效部件相同的材質，進行相同的熱處理，然后模擬現場環境（溫度、壓力）進行模擬腐蝕試驗，進一步驗證腐蝕形成過程和腐蝕機理。還可以利用安裝在重點腐蝕設備上的在線旁路試驗釜對裝置的腐蝕狀況進行監測（監測時間約為3至6個月），監測結果可以排除裝置物料波動等短時期影響，通過選用不同材質的試片，較為真實地反映裝置的實際腐蝕狀況。若該監測系統中某部位發生了腐蝕失效，可以借助長期的監測數據更好地進行腐蝕失效分析，并為后期選材提供可靠的試驗數據。

完成上述試驗后，把現場調查的資料及各項試驗結果進行綜合分析，搞清失效的過程，確定失效的原因。

在大多數情況下，失效原因可能有多種，應努力分清主要原因和次要原因。如某零部件存在兩個以上的失效類型時，應分析和找出主要的腐蝕失效類型及其主要的失效抗力的表征參量。

2.3 提出補救或預防措施

腐蝕失效分析的目的不僅限于弄清失效原因，更重要的還在于提出有效的補救措施和預防措施。補救措施和預防措施可能涉及到生產工藝和設備材料、設備結構、制造以及管理等多方面。提出和實施正確的措施有利減少腐蝕發生的概率，可大大減少檢、維修的費用，延長設備或裝置的運行周期。同時不斷從大量同類和相似失效案例分析中積累豐富經驗，也有利于補救或預防措施的提出。

03 腐蝕失效分析工作展望

3.1 建立健全腐蝕失效分析案例庫

單個事故的腐蝕失效分析往往具有偶然性，可參考性不強，但是通過對相同或相似設備（或零部件）大量腐蝕失效事故的統計分析，可以得到規律性的結論，用以有效地提高設計、制造、運行、決策和管理水平。因此，建立健全失效分析案例庫，把國內、外同行業中典型腐蝕失效案例集中起來，這樣既能從大量案例中進行綜合分析，又能從個別案例的分析中找到失效原因，從而大大提高腐蝕失效分析的水平和準確性。

3.2 建立健全腐蝕失效反饋系統

建立健全腐蝕失效反饋系統的目的是為了充分利用腐蝕失效分析所獲得的寶貴技術信息推動技術革新、提高產品質量，進一步促進失效分析與失效預測一體化。失效分析的反饋系統可采取多種組織形式。例如可與企業的技術開發和情報部門結合，把大量失效分析報告和來自數據交換網的其他信息，經過分類和處理等制成各種形式的文獻，傳遞到各個生產部門和科研部門，使腐蝕失效事故的分析、預測和預防形成一個系統工程，更好地為生產服務。